低温稠密铝等离子体K线不透明度研究

低温稠密等离子体不透明度研究是原子物理与等离子体物理相交叉研究的热点内容之一，是凝聚态物理、地球物理、天体物理和激光惯性约束聚变（ICF）研究的重要基础。同时，在当今ICF研究中也有非常重要的应用价值。本项目拟在"神光II"高功率激光装置上，采用点投影背光吸收谱法开展对低温稠密铝等离子体K线不透明度研究。研究激光烧蚀强冲击波碰撞2次压缩加热产生低温稠密等离子体样品技术；研究产生具有宽的光谱范围、平稳特征频谱、高亮度，以及短脉冲特征的背光源技术；建立高分辨光谱测量系统，解决在同一发次激光打靶中同时测量源谱、样品自发谱和穿透谱的关键科学技术问题，并利用时间冻结技术，以及物像光通量技术，获取高精度低温稠密铝等离子体K线不透明度数据；研究低温稠密等离子体不透明度演化相关的物理规律，探索极端条件下诊断等离子体电子温度和电子密度的方法。

辐射不透明度是凝聚态物理、地球物理、天体物理和激光惯性约束聚变（ICF）研究的重要基础。研究稠密等离子体不透明度对ICF领域有重要的应用价值。目前在稠密物质辐射不透明度理论计算上仍有相当大的难度，以致物理实验和诊断成为了低温稠密辐射不透明研究中的重要内容。发展诊断技术对完善辐射不透明度的研究具有重要的科学意义和突出的现实意义。本项目研制了大谱窗高分辨椭圆弯晶谱仪系统。在“神光II”激光装置上，开展了以椭圆弯晶为分光元件的X射线能谱诊断实验，得到了激光等离子体辐射的离子共振跃迁线和内壳层跃迁线，以及类氢、类氦离子共振线及伴线系列的细致轮廓信息，从而丰富了原子结构参数。X射谱线精确波长值的绝对误差小于0.0005nm。分析了处于高度离化态的中、高Z元素激光等离子体辐射的细致结构能谱，增加了对原子的高阶离化态、粒子数布居等原子物理过程的了解。利用一维辐射流体力学程序MULTI仿真了激光冲击波碰撞压缩样品的过程，评估了冲击波加热样品状态的对称性和均匀性，同时在“神光II” 激光装置上搭建了一发次中能同时测量到背光谱、样品自发谱和吸收谱的辐射不透明度实验测量平台。在测量中，用点投影背光法、激光烧蚀冲击波碰撞压缩产生稠密铝（Al）样品、长（或短）脉冲激光等离子体辐射作为背光源，一发次中得到了背光源谱、样品自发谱和样品X射线吸收精细结构谱（XAFS），也得到了稠密Al 辐射吸收谱向长波偏移信息。给出了诊断能谱区稠密Al 相对透射率分布和吸收谱偏移量。本项目还利用椭圆弯晶谱仪测量的高能谱分辨激光等离子体辐射X射线能谱细致结构轮廓的实验结果，采用类氢（1s-3p）和类氦(1s2-1s3p)离子能级跃迁光谱线的光强度比率，以及光性厚薄的X射线谱线Lyman线形轮廓的Stark效应所产生的谱线展宽，获得了激光等离子体日冕区内体平均电子温度和电子密度等参数，并对能谱线的半高全宽度（FWHM）值及可能引入的诊断误差做了分析，积累和丰富了X射线线谱线形轮廓法用于等离子体状态诊断的经验，为推广X射线特征谱线形轮廓法应用到诸如激光聚变靶丸压缩度精度测量中提供了依据。总之本项目开展的这些工作无疑有益于丰富不透明度这一基础研究领域的内涵。